PRODUCCION DE BIOFERTILIZANTES MEDIANTE BIODIGESTION DE EXCRETA LIQUIDA DE CERDO Biodigestion of Hog Slurry to Produce Biomanure Manuel de Jesús Soria Fregoso1, Ronald Ferrera-Cerrato2, Jorge Etchevers Barra2, Gabriel Alcántar González2, José Trinidad Santos2, Lizette Borges Gómez1 y Gaspar Pereyda Pérez1 RESUMEN Debido al incremento en el costo de los fertilizantes químicos y a la contaminación que algunos propician en el ambiente cuando se utilizan irracionalmente, es necesario encontrar nuevas alternativas de fertilización, económicas y más eficientes. Se considera como una alternativa viable la utilización de las fuentes orgánicas locales y regionales que tradicionalmente se han subutilizado, entre las que destacan las excretas líquidas de cerdo. En México, el estado de Yucatán ocupa el quinto lugar en la producción de cerdos; en 1997, se reportó una población de 1 114 135 cabezas (INEGI, 1997), que producen aproximadamente 3600 t de excretas diariamente que son arrojadas, en su mayoría, a las fosas o directamente al suelo propiciando serios problemas de contaminación. Con el objetivo de darle utilidad a las excretas líquidas y transformarlas de aguas contaminantes a biofertilizantes, se realizó el presente trabajo. Para ello se utilizó un biodigestor tipo FAO, el cual consta de caja de entrada, caja de salida y polietileno tubular calibre 800. Las dimensiones del tubular fueron de 1.25 m de diámetro y 12 m de largo con una válvula de salida del biogas y se construyó una pila de protección hecha de bloques, éste se cargó con excreta líquida, la cual contenía 1672 mg L-1 de sólidos sedimentables (SSed), 9 x 1011 UFC coliforme mL-1 de muestra, pH de 7.6, conductividad eléctrica (CE) de 5.8 dS m-1, demanda química de oxígeno (DQO) 2640.8 mg L-1 y demanda bioquímica de oxígeno (DBO) 543 mg L-1. El prototipo del digestor probado funcionó adecuadamente, ya que a cuatro días de ser llenado, empezó a aumentar el volumen hasta inflarse 1

Instituto Tecnológico Agropecuario No. 2. Conkal, Yucatán. km 16.3 Ant. Carr. Mérida-Motul. Tel. 01 991 241 30. Fax 01 991 241 35. ([email protected]) 2 Instituto de Recursos Naturales, Colegio de Postgraduados. 56230 Montecillo, Estado de México. Recibido: Octubre de 2000. Aceptado: Septiembre de 2001. Publicado en Terra 19: 353-362.

totalmente de biogas (metano), lo anterior indicó que el proceso de digestión estaba funcionando al haber un incremento en temperatura hasta 56 ºC en la etapa termofílica, el tiempo de maduración fue de 50 días, al término de éste la concentración del efluente fue de 210 mg L-1 de SSed, 0 coliformes, pH de 7, 4 dS m-1 de CE, 1399 mg L-1 de DQO y 172 mg L-1 de DBO. Palabras clave: Biodigestor, contaminación, efluente. SUMMARY Increasing costs of chemical fertilizers and, when they are not properly used, pollution of underground water and environment make it necessary to find new, cheaper and more efficient alternatives of fertilization. Alternatives should not only provide nutrient requirements to the crops but also improve the physical, chemical and biological characteristics of the soil in a sustainable way. The use of local or regional organic sources, which are traditionally subutilized such as liquid hog excreta, is considered a viable alternative. In Mexico, the state of Yucatan occupies fifth place in hog production. In 1997, 1 114 135 hogs (INEGI) produced approximately 3600 t of manure, which was left mostly in lagoons and caverns, or directly on the soil, causing serious problems of pollution. This study was done to find a use for this liquid manure and transform it into biofertilizer. A FAO-type biodigestor was used; this consists of an entry box and exit box, and an 800-calibre polyethylene tube 1.25 m in diameter and 12 m long with an escape valve for biogas. A protection tank was constructed with cinder blocks and filled with hog slurry, which was previously analyzed: 1672 mg L-1 of sedimentable solids (SSed), 9 x 1011 colony forming units (CFU) m L-1 of sample, pH 7.6, electric conductivity (EC) 5.8 dS m-1, oxygen chemistry demand (OCD) 2640.8 mg L-1, and oxygen biochemistry demand (OBD) 543 mg L-1. The prototype of the biodigestor tested worked adequately after the fourth day of being charged. Volume began increasing because of biogas (methane) production.

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This indicated that the process of digestion was taking place when the temperature rose to 56 °C in the thermophylic stage. Time of maturation was 50 days; at the end of this period the effluent concentration was 210 mg L-1 (SSed), zero coliform bacteria, pH 7, 4 dS m-1 of EC, 1399 mg L-1 OCD, and 172 mg L-1 OBD.

se considera necesario buscar fuentes alternativas de abonos orgánicos. Una opción viable consiste en utilizar la biomasa vegetal, que en el trópico es abundante, y las excretas líquidas de cerdo como activadores microbianos. La digestión anaerobia es un proceso complejo desde el punto de vista microbiológico; al estar enmarcado en el ciclo anaerobio del carbono, es posible en ausencia de oxígeno, transformar la substancia orgánica en biomasa y compuestos inorgánicos en su mayoría volátiles: CO2, NH3, H2S, N2 y CH4 (Soubes, 1994). Naturalmente ocurre en el tracto digestivo de animales y debajo de aguas estancadas o pantanos, pero también puede realizarse en depósitos cerrados herméticamente, llamados digestores. Estos se utilizan cuando se quiere captar todos los productos obtenidos de la descomposición anaerobia (gases y sólidos), ya que al haber en su interior un ambiente obscuro y sin aire se favorece el medio óptimo para el cultivo intensivo de bacterias anaerobias (Salazar, 1993). En esta condición, cuando se acumulan polímeros naturales orgánicos como proteínas, carbohidratos, celulosa, etc., se produce un rápido consumo de oxígeno, del nitrato y del sulfato por los microorganismos, produciéndose la metanogénesis; en estas condiciones, el nitrato se transforma en amonio y el fósforo queda como fosfato. También se reducen los iones férrico y mangánico, debido a la ausencia de oxígeno. El método básico consiste en alimentar al digestor con materiales orgánicos y agua, dejándolos un período de semanas o meses, a lo largo de los cuales, en condiciones ambientales y químicas favorables, el proceso bioquímico y la acción bacteriana se desarrollan simultánea y gradualmente, descomponiendo la materia orgánica hasta producir grandes burbujas que fuerzan su salida a la superficie donde se acumula el gas (Verástegui, 1980). La digestión anaerobia, a partir de polímeros naturales y en ausencia de compuestos inorgánicos, se realiza en tres etapas: 1) hidrólisis y fermentación, en la que la materia orgánica es descompuesta por la acción de un grupo de bacterias hidrolíticas anaerobias que hidrolizan las moléculas solubles en agua, como grasas, proteínas y carbohidratos, y las transforman en monómeros y compuestos simples solubles; 2) acetogénesis y deshidrogenación, donde los alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos se degradan produciendo ácido acético, CO2 e hidrógeno que son los sustratos de las bacterias

Index words: Digestor, contamination, effluents. INTRODUCCION Del total de granjas de cerdos, existentes en Yucatán, se calcula que sólo 15% tiene sistemas de tratamiento de excretas y éstas pertenecen a los megaproyectos, es decir, a los productores económicamente más fuertes. También existe gran cantidad de pequeños productores que no dan tratamiento alguno a las excretas y las arrojan a pequeñas fosas o incluso directamente a pozos o partes bajas de la granja propiciando serios problemas de contaminación por coliformes y nitratos en suelos y acuíferos (Vázquez y Manjarrez, 1993). Las excretas contienen nutrimentos que los cultivos pueden utilizar, pero también poseen altas concentraciones de coliformes fecales que producen enfermedades infecciosas, capaces de causar hasta la muerte en los humanos. Por ello, para utilizarlas como fertilizantes, es necesario darles un tratamiento que elimine estos agentes infecciosos. Una forma de hacerlo es mediante la biodigestión. Al usar un biodigestor se utilizan los nutrimentos contenidos en las excretas y, además, se reduce la contaminación ambiental, ya que convierte las excretas que contienen microorganismos patógenos como bacterias, protozoos, larvas, huevos, pupas de insectos, etc., en residuos útiles y sin riesgo de transmisión de enfermedades (McCaskey, 1990). En el estado de Yucatán, la actividad hortícola siempre ha dependido de la aplicación de estiércoles sólidos, esto se debe a que los suelos predominantes son extremadamente pedregosos, delgados y permeables que baja rápidamente la fertilidad original cuando se les utiliza en forma continua. La utilización de estiércoles es una forma de mantener la fertilidad del suelo, ya que se ha demostrado que en suelos pedregosos existe muy poca respuesta a la fertilización química, cuando ésta se hace en forma tradicional (Soria et al., 1994), sólo cuando se dosifica en el agua de riego se han observado buenos resultados (Soria et al., 2000). Sin embargo, cada día los estiércoles son más escasos y costosos por lo que 354

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pH. En digestores operados con estiércol de bovino, los valores óptimos de operación oscilan entre 6.7 y 7.5 con límites de 6.5 a 8.0 (Hayes et al., 1979). Agitación. Esta práctica es importante para establecer un mejor contacto de las bacterias con el substrato.

metanogénicas; 3) metanogénica en la que se produce metano a partir de CO2 e hidrógeno, a partir de la actividad de bacterias metanogénicas (Marty, 1984). La concentración de hidrógeno juega un papel fundamental en la regulación del flujo del carbono en la biodigestión. Los microorganismos que en forma secuencial intervienen en el proceso son: 1) bacterias hidrolíticas y fermentadoras; 2) bacterias acetonogénicas obligadas reductoras de protones de hidrógeno (sintróficas); 3) bacterias sulfato reductoras (sintróficas facultativas) consumidoras de hidrógeno; 4) bacterias homoacetogénicas; 5) bacterias metanogénicas; 6) bacterias desnitrificantes (Soubes, 1994). Para que las bacterias aseguren su ciclo biológico en el proceso de digestión anaerobia es necesario que se presenten en condiciones óptimas los siguientes factores: Temperatura. Las bacterias mesófilas completan su ciclo biológico en el ámbito de 15 a 40 oC con una temperatura óptima de 35 oC. Las bacterias termofílicas cumplen sus funciones en el ámbito de 35 a 60 oC con una temperatura óptima de 55 oC. Hermetismo. Para que el proceso de digestión se lleve a cabo en forma eficiente, el tanque de fermentación debe estar herméticamente cerrado. Presión. La presión subatmosférica de 6 cm de agua dentro del biodigestor se considera la presión óptima (Kennedy y Berg, 1982). Tiempo de retención. Es el tiempo promedio en que la materia orgánica es degradada por los microorganismos. Se ha observado que a un tiempo corto de retención se produce mayor cantidad de biogas, pero un residuo de baja calidad fertilizante por haber sido parcialmente digerido. Pero para tiempos largos de retención se obtendrá un rendimiento bajo de biogas, pero con un efluente (residuo) más degradado y con excelentes características como fuente de nutrimentos. Relación C/N. La relación óptima de C/N es de 30:1, cuando la relación es muy estrecha (10:1) hay pérdidas de nitrógeno asimilable, lo cual reduce la calidad del material digerido. Si la relación es muy amplia (40:1) se inhibe el crecimiento debido a falta de nitrógeno. Porcentaje de sólidos. El porcentaje óptimo de sólidos en la mezcla a digerir es de 7 a 9 y se consigue al diluir el material orgánico con agua.

Ventajas de los Biodigestores - Se optimiza el material orgánico utilizado, ya que se captan todos los productos y subproductos (gases y líquidos con sólidos disueltos) generados en la degradación, por lo cual existe poca pérdida de elementos nutritivos, cosa que no sucede en la biodegradación aerobia. - Los residuos orgánicos obtenidos después de la biodegradación anaerobia (efluente) tienen mayor riqueza nutricional que los obtenidos en la biodegradación aerobia (Noyola y Monroy, 1994). Desventajas de los Biodigestores - El material orgánico obtenido de este tipo de biodegradación es líquido. - Al aplicarse en forma líquida en suelos permeables existe mucha pérdida por lixiviación de algunos de sus componentes. - Es necesario tener el suelo húmedo para hacer la aplicación del efluente porque si el suelo está seco existe gran pérdida de nitrógeno del efluente por volatilización (Feigin et al., 1991). Tipos de Digestores En forma general se clasifican, según su modo de operación, en los siguientes: de régimen estacionario o de Batch, de régimen semicontinuo, horizontales de desplazamiento y de régimen continuo. Los de régimen estacionario son muy utilizados para obtener fertilizante orgánico y consisten de tanques herméticos con una salida de gas. Se cargan una sola vez y se descargan cuando han dejado de generar gas (CEMAT, 1977). Los de régimen semicontinuo se construyen enterrados, se cargan por gravedad una vez al día, en la parte superior flota una campana donde se almacena el gas (Viñas, 1994). Los horizontales de desplazamiento también se construyen enterrados semejantes a un canal, se operan a régimen semicontinuo, entrando la carga por

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un extremo del biodigestor y saliendo el efluente por el extremo opuesto. Los de régimen continuo se utilizan principalmente para tratamiento de aguas negras; son plantas muy grandes que emplean equipos para proporcionar calefacción y agitación, éstos generalmente son de tipo industrial (Mandujano, 1981). La FAO propone un prototipo denominado: “Biodigestor plástico de flujo continuo, generador de gas y bioabono a partir de aguas residuales servidas”, el cual es muy sencillo y económico. Las principales características de éste son: se hace con polietileno calibre 8 resistente a la luz ultravioleta (LUV), tiene capacidad para 9 m3 y el tiempo aproximado de retención para la digestión anaerobia de la materia orgánica diluida es de 30 a 40 días en zonas tropicales con temperaturas promedio de 30 oC (FAO, 1995).

Con el objeto de dar utilidad a la excreta líquida de cerdo, en la producción de biofertilizante y tratar de eliminar a los patógenos (coliformes principalmente) que la excreta contiene, se evaluó el proceso de biodigestión anaerobia. MATERIALES Y METODOS Para la descontaminación de la excreta, se utilizó el prototipo de biodigestor tipo FAO (1995) que fue de polietileno tubular y se construyó con las siguientes características: 9 m3 de capacidad, la fosa tuvo 10 m de longitud por 1.1 m de ancho arriba, 0.9 m de ancho en el fondo y una profundidad de 1 m. Las paredes longitudinales de la fosa quedaron con un talud de 10%. El desnivel a lo largo del piso fue de 0.05%, el biodigestor estaba provisto de una caja de entrada y otra de salida. La caja de entrada se hizo de 1 m de largo, 1 m de ancho y 1 m de profundidad, se construyó con bloques de cemento y sus paredes interiores se cubrieron con acabado pulido de cemento, de manera que se impidan filtraciones de líquido al exterior. La caja quedó separada de la fosa del biodigestor por un muro de bloques de 20 cm de ancho. La caja de salida era de 50 cm de largo por 50 cm de ancho y 75 cm de profundidad, del mismo material que el de la caja de entrada. Las cajas cumplen la función de codos; la de salida regula el nivel de líquido que se debe mantener dentro del biodigestor. En la Figura 1 se detallan las dimensiones de las cajas de entrada y salida. Se extendió el tubular de polietileno calibre 800 pigmentado, negro protegido con resina contra luz ultravioleta (LUV) de 1.25 m de diámetro y 24 m de largo, sobre un piso seco, firme, sin piedras u objetos que pudieran romperlo; luego se dobló a la mitad y se cortó en dos tubulares de 12 m de longitud cada uno y en cada extremo (del corte hacia el centro) se dibujó con un gis una línea de 1 m de longitud, que sirvió de guía para amarrar los tubos que salen de las cajas de entrada y salida. Un tubular se introdujo en el otro, el siguiente paso fue emparejar los tubulares sin que quedaran arrugas o pliegues entre ellos. Centrado sobre el doblez en que se trazaron las dos líneas de 1 m y a la mitad de la longitud del tubular, se hizo una ranura de 1.9 cm (que perforó las dos capas del plástico), desde la parte interna de los tubulares. Por la ranura se introdujo el extremo roscado de un conector macho de PVC de 2.54 cm de

Uso del Bioabono Además de generar gas combustible, la fermentación anaerobia de la materia orgánica produce un residuo orgánico de excelentes propiedades fertilizantes, evitando en esta forma la competencia que se podría presentar con el aprovechamiento tradicional de los residuos animales y agrícolas con fines fertilizantes o como combustibles. La composición del bioabono en promedio tiene 8.5% de materia orgánica, 2.6% de nitrógeno, 1.5% de fósforo, 1.0% de potasio y un pH de 7.5 (Botero y Thomas, 1987). El bioabono sólido o líquido no posee mal olor, a diferencia del estiércol fresco, tampoco atrae moscas y puede aplicarse directamente al campo en forma líquida, en las cantidades recomendadas (McCaskey, 1990); o bien, el bioabono sólido puede deshidratarse y almacenarse para usarlo posteriormente en el entendido de que al deshidratarse puede haber pérdidas por volatilización hasta 60%, sobre todo de nitrógeno (Day, 1987). De acuerdo con Mandujano (1981), un metro cúbico de bioabono producido y aplicado diariamente, puede fertilizar más de 2 ha de tierra por año y proporcionar hasta 200 kg N ha-1 de los que estarán disponibles en el primer año entre 60 y 70 kg. El bioabono no deja residuos tóxicos en el suelo, eleva la calidad del mismo y puede considerarse como un buen fertilizante que puede competir o complementarse con los fertilizantes químicos.

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SORIA ET AL. PRODUCCION DE BIOFERTILIZANTES MEDIANTE BIODIGESTION DE EXCRETA LIQUIDA DE CERDO Caja de entrada

Caja de salida

Figura 1. Dimensiones de las cajas de entrada y salida.

diámetro, en el que previamente se colocó una arandela acrílica de 19 cm de diámetro con un empaque de las bolsas. Una vez salida la rosca al exterior de los tubulares, se le insertó el otro empaque con la arandela acrílica, luego se procedió a enroscar la hembra sobre la rosca del macho de PVC de 2.54 cm, dándole el mayor ajuste manual posible. El exterior del adaptador hembra no roscado se limpió, allí se pegó un tubo de PVC de 20 cm de longitud y 2.54 cm de diámetro. En el extremo libre se acopló un adaptador para manguera y se unió la manguera de polietileno de 2.54 cm, que se aseguró con una abrazadera de cremallera. En la Figura 2 se muestra la forma de conectar la salida de gas. Con la estructura extendida sobre el piso y la salida de gas en el centro y hacia arriba, se doblaron los bordes longitudinales hacia la salida del gas. Los extremos se doblaron hacia el centro en dobleces de 1 m de ancho (Figura 3). La bolsa del biodigestor se llevó a la fosa, colocándola en el piso de la misma, donde se desdobló hacia cada tubo. Con el extremo de cada tubo dentro de las salidas de la bolsa, se hicieron pliegues regulares con el plástico, que cubrieron el conducto en forma uniforme. Con una abrazadera de platina de hierro con

ajuste de tornillo se fijó con firmeza el plástico a las cañerías. Posteriormente, se procedió al llenado del biodigestor, labor que se hizo introduciendo el estiércol líquido fresco por la caja de entrada. A medida que el líquido subió de nivel dentro del biodigestor, se levantó el plástico en la parte central para evitar que el peso del fluido formara pliegues entre el plástico y las paredes de la fosa. El biodigestor se llenó hasta 70% de su capacidad y se verificó que no quedaran fugas de agua o gas durante el llenado y funcionamiento (Figura 4). Se analizó la excreta líquida antes (influente) y al término del proceso de biodigestión (efluente), las determinaciones que se hicieron fueron: pH, CE, SSed, DQO, DBO, UFC coliformes, temperatura, N, P, K, Ca, Fe, Mg, Cu, Zn. Los métodos analíticos utilizados para cada determinación se presentan en el Cuadro 1. Medición de Coliformes La medición de colonias coliformes se realizó mediante el método de recuento, que es a partir de la

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Figura 2. Sistema de salida del biogas.

Medios de Cultivo Se utilizó Agar de Eosina y Azul de Metileno (EAM). Es un medio de cultivo selectivo y diferencial adecuado para la producción de ácidos por bacterias fermentadoras de lactosa, permite el crecimiento de colonias coliformes; consideradas como típicas las que tienen centro obscuro con o sin brillo metálico, las colonias atípicas las que no tienen núcleo, de color rosa, mucoides y opacas, y como colonias negativas todos los otros tipos. Se pesaron 22.5 g del medio de cultivo deshidratado (EAM) y se agregaron en 600 mL de agua destilada fría, dejándolo en reposo durante 15 min, se puso a calentar con agitación hasta que se disolvió totalmente, cuidando de no alcanzar la temperatura de ebullición. Después se puso a esterilizar en autoclave a 121 ºC, durante 15 min, se distribuyó en volúmenes de 12 mL aproximadamente en las cajas Petri de 15 x 100 mm. Luego de la solidificación del medio, se envolvieron en papel aluminio y se pusieron en refrigeración a 10 °C. La siembra se realizó al día siguiente.

Figura 3. Secuencia del procedimiento para doblar la bolsa.

dilución seriada de la muestra y sembrada en placa, el cual se describe a continuación.

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Figura 4. Nivel de líquido dentro del biodigestor.

Preparación de las Diluciones y Siembra Las diluciones se prepararon en tubos de ensayo de 12 mm x 120 mm, que contenía un volumen de 9 mL de agua destilada y esterilizada, y a la que se le añadió 1 mL de muestra de excreta para la preparación de las diluciones 1:10 (10-1), 1:100 (10-2), Cuadro 1. Parámetros evaluados y métodos utilizados. Parámetro pH Conductividad eléctrica

Demanda bioquímica de oxígeno Demanda química de oxígeno Sólidos sedimentables Colonias coliformes

Temperatura Nitrógeno total Fósforo total

Potasio, calcio, magnesio, cobre, fierro y zinc (totales)

Medio utilizado Potenciómetro. Lectura directa. Conductímetro. Lectura directa. Conductímetro marca Corning–90, el cual utiliza una solución estándar 1413 microsiemens m-1. Winkler modificado (CNA, 1996).

Figura 5. Preparación de la dilución y siembra.

así sucesivamente hasta (10-11). Después se realizó la siembra de la muestra en las cajas Petri, previamente marcadas (Figura 5), al término de la siembra se pusieron a incubar durante 24 h a una temperatura de 35 °C. La muestra de excreta se tomó tanto en el momento de llenar el digestor como al finalizar el proceso. La siembra se hizo al inicio de la digestión con diluciones de 1 x 10-1 hasta 1 x 10-11 con cuatro repeticiones por dilución, al final de la digestión se hicieron diluciones 1 x 10-1 hasta 1 x 10-6 con cuatro repeticiones por dilución. Para el conteo de colonias coliformes se utilizó un contador “Quebec”.

Reflujo abierto (CNA, 1996). Volumétrico (CNA, 1996). Recuento en placa y siembra por dilución en medio Agar de Eosina con Azul de Metileno (Tchobanoglous y Schoeder, 1985). Lectura interna con termómetro de reloj, marca ACME. Kjeldahl (Bremner, 1965). Digestión ácida y lecturas con espectrometría de ultravioleta visible (AOAC, 1995). Digestión ácida, se leyeron en espectrofotometría, de absorción atómica (AOAC, 1995). 359

TERRA VOLUMEN 19 NUMERO 4, 2001 Cuadro 2. Parámetros físicos, químicos y microbiológicos en el influente y efluente del biodigestor anaerobio.

RESULTADOS Y DISCUSION Análisis Físico, Químico y Microbiológico en la Biodigestión de la Excreta

Parámetros

El prototipo de biodigestor tipo FAO (1995) y de flujo continuo se llenó de una sola carga total a 70% de su capacidad, con excreta líquida de cerdo. El tiempo de llenado del biodigestor fue de 45 min. El experimento se realizó en el período marzo-abril de 1998, la biodigestión de la excreta líquida tuvo un tiempo de 50 días. La temperatura es un parámetro importante en la operación del biodigestor anaerobio, debido a que tiene que procurarse un crecimiento bacteriano adecuado y aumentarse la velocidad de las reacciones bioquímicas que se dan en el proceso (Mejía, 1996). La excreta líquida utilizada tenía una temperatura inicial de 38 ºC en la fosa, después de cuatro días de haber sido cargado el biodigestor, la temperatura interna se aumentó hasta 56 ºC, acelerándose el proceso de fermentación del biodigestor (etapa termofílica). Las bacterias metanogénicas comenzaron a generar el biogas, que se acumuló hasta inflarse la bolsa. El biogas se liberó (en este experimento la producción de biogas no se evaluó), el cual se purgó para evitar que la presión rompiera la bolsa. La etapa termofílica duró 10 días, luego se inició la etapa mesofílica que duró 36 días y la temperatura se descendió de 56 a 32 ºC, llegando a una estabilización a 23 ºC, la medición de la temperatura se realizó cada 24 horas. Mejía (1996) señaló, que las características del sustrato suministrado al biodigestor anaerobio son de gran importancia, ya que los requerimientos nutrimentales de los microorganismos anaerobios son especiales, debido a su lento metabolismo y a que la regeneración de nuevas células también es muy baja, la fijación de los elementos nutritivos como el nitrógeno y el fósforo es escasa, no así el consumo de carbono que es transformado a metano y a dióxido de carbono. En la biodigestión, el material orgánico se separa y se precipita en forma natural depositándose los lodos en el fondo. Los elementos nutricionales en el material orgánico son utilizados por los microorganismos para realizar sus procesos metabólicos. Cabe mencionar que el lodo no se analizó por resultar poco práctico su manejo; sin embargo, la parte líquida (efluente) sí se evaluó, por ser la que se puede inyectar en sistemas de fertigación o aplicarla a los cultivos de manera foliar (Cuadro 2).

Nitrógeno total (%) Fósforo total (mg L-1) Potasio total (mg L-1) Calcio total (mg L-1) Magnesio total (mg L-1) Hierro total (mg L-1) Cobre total (mg L-1) Zinc total (mg L-1) pH CE (dS m-1) DQO (mg L-1) DBO (mg L-1) SSed (mg L-1) UFC coliforme en 100 mL-1

Influente (carga inicial) 0.1036 179 263.9 56.6 109.3 2.64 1.3 26.7 7.6 5.8 2640.8 543 1672 9 x 1011

Efluente (carga final) 0.058 17.2 363.8 19.7 59.3 1.159 0.225 0.611 7.05 4.08 1399 172.2 210 0

La calidad del efluente obtenido de la biodigestión de la excreta varía de acuerdo con la cantidad de sólidos sedimentables totales contenidos en está, ya que estos sólidos son los que sirven de alimento a los microorganismos responsables de la biodigestión. Por ello, entre mayor sea la concentración de sólidos totales, se tendrá mayor contenido de nutrimentos en el efluente (Botero y Thomas, 1987). La tendencia de los parámetros analizados al inicio y al final del proceso mostró una reducción en su contenido con los siguientes porcentajes: N 44.02%, P 90.36%, Ca 66.95%, Mg 45.75%, Cu 83.08%, Fe 56.07% y Zn 97.8%. El potasio fue el único elemento que incrementó su contenido en 137.85%. El olor fétido de la excreta se eliminó por acción de los microorganismos presentes en el estiércol de cerdo. El rango óptimo del pH para lograr una mayor eficiencia en la biodigestión es entre 6.6 a 7.6 (McCarty, 1964). La biodigestión, cuando mantiene este rango de pH, es un indicador de que está operando correctamente. El equilibrio ácido-base que tiene lugar en la operación de los biodigestores anaerobios es muy importante por la presencia de los diversos tipos de microorganismos que están en el medio y que requieren ser neutralizados para restituir el pH (Mejía, 1996). El pH es un parámetro muy importante en la disponibilidad de los nutrimentos. En este experimento, el pH se mantuvo dentro de los rangos deseables para un proceso de biodigestión adecuado, ya que el pH del influente fue de 7.6 y se redujo a 7.05 al término de la biodigestión (efluente). 360

SORIA ET AL. PRODUCCION DE BIOFERTILIZANTES MEDIANTE BIODIGESTION DE EXCRETA LIQUIDA DE CERDO

La conductividad eléctrica indica la concentración de sales minerales disueltas en el agua. Este parámetro tuvo un valor inicial de 5.8 dS m-1 y se redujo en 29.65% al terminar el proceso con 4.08 dS m-1, lo cual indica que los microorganismos van consumiendo los compuestos solubles del sustrato. La demanda bioquímica de oxígeno es un parámetro que mide el potencial contaminante de las aguas residuales, las bacterias aerobias consumieron 68.3% del oxígeno que utilizaron para degradar la materia orgánica biodegradable. La demanda química de oxígeno también es un indicador de contaminación, que mide la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica degradable, así como también los restos de materiales fibrosos, ligninas y otros. La DQO disminuyó en 47.03%. Esto indica que la actividad de los microorganismos, así como las condiciones del ambiente anaerobio, fueron responsables de la degradación, redujeron su actividad y con ello el consumo de oxígeno. En lo referente a coliformes, éstos se midieron al inicio de la carga con un conteo de 9 x 1011 UFC mL-1 de muestra, los cuales quedaron en cero a 50 días, que fue el tiempo total de retención de la excreta. Lo anterior se corroboró en el efluente obtenido, el cual carecía de olor que es también un indicativo del grado de contaminación de la excreta. Por lo que respecta a los sólidos sedimentables totales (SSed), una parte se precipitó al fondo del biodigestor y otra quedó suspendida en la parte líquida con 210 mg L-1.

Los coliformes se eliminaron en 100% en un tiempo de 50 días, tomando en cuenta que la carga se hizo en el período de verano. LITERATURA CITADA AOAC. 1995. Official methods of analysis. Association of Official Analytical Chemist. 13a ed. Washington, DC. Botero, B.M. y R.P. Thomas. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y fertilizante a partir de excretas. Manual para su instalación, operación y utilización. Centro Internacional de Agricultura Tropical. Cali, Colombia. Bremner, J.M. 1965. Total nitrogen. pp. 1149-1178. In: C.A. Black (ed.). Methods of soils analysis (Part 2). American Society of Agronomy. Madison, WI. CEMAT. Centro Mesoamericano de Estudios sobre Tecnología Aplicada. 1977. Planta de biogas a pequeña escala de la India. Handbook of Appropriate Technology of the Canadian Munger Fundation. Guatemala, Guatemala. CNA. Comisión Nacional del Agua. 1996. Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y Metodológicas para Análisis de Aguas. Cuernavaca, Morelos, México. Day, D. 1987. Management swine wastes. Asociación de Médicos Veterinarios Especialistas en Cerdos. Acapulco, Gro., México. FAO. 1995. Biodigestor de plástico de flujo continuo, generador de gas y bioabono a partir de aguas servidas. CIPAV Fundación Centro para Investigacion en Sistemas Sostenibles de Produccion Agropecuaria. Guatemala, Guatemala. Feigin, A., I. Ravina y J. Shalnevet. 1991. Irrigation with treated sewage effluent. Management for environmental protection. Adv. Ser. Agric. Sci. 17: 60-68. Springer-Verlag. Berlin, Germany. Hayes, T.D., W.J. Jewell, D.S. Orto, K.J. Franconi, A.P. Genschener y D.F. Sherman. 1979. Anaerobic digestion of cattle manure. pp. 255-286. In: A. Stafford, B.I. Wheatley y D.E. Hughes. Anaerobic digestion. Applied Science Publishers. London, England. INEGI. Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. 1997. Anuario Estadístico de Yucatán. México, DF. Kennedy, J.K. y D.V. Berg. 1982. Anaerobic digestion of piggery waste using a stationary fixed film reactor. Agric. Wastes 4: 151-158. Mandujano M., I. 1981. Biogas: Energía y fertilizantes a partir de desechos orgánicos. Manual para el promotor de la tecnología. Organización Latinoamericana de Energía. Cuernavaca, Morelos, México. Marty, B. 1984. Microbiology of anaerobic digestion. pp. 72-85. In: A.M. Bruce, A. Kouzeli-Katsiri y P.J. Newman. Anaerobic digestion of sewage sludge and organic agricultural wastes. Elsevier. New York. McCarty, P.G. 1964. Anaerobic waste treatment fundamentals. Part 1. Chemistry and microbiology. Public Works 95: 123-126. McCaskey, A.T. 1990. Microbiological and chemical pollution potential of swine waste. pp. 12-32. In: Memorias del Primer Ciclo Internacional de Conferencias sobre Manejo y Aprovechamiento de Estiércol de Cerdos. CINVESTAV. Guadalajara, Jal., México. Mejía M., G. 1996. Digestión anaerobica. Folleto Técnico 1. Universidad Autónoma de Yucatán. Mérida, Yuc., México.

CONCLUSIONES En los trabajos de biodigestión de la excreta líquida, el tiempo de retención de la excreta dentro del digestor fue de 50 días. Este tiempo puede variar por estar directamente influenciado por la temperatura, de esta manera el tiempo de retención puede reducirse a 30 días si existen temperaturas ambientales muy altas, y alargarse hasta 90 días si las temperaturas permanecen bajas. El contenido de nutrimentos obtenido del efluente fue bajo, debido a que la cantidad de sólidos sedimentables en la excreta en el momento de cargar el biodigestor estuvo por debajo de 2500 mg L-1 que es la cantidad óptima. Para lograr mayor eficiencia en el proceso de biodigestión y tener un abono más rico en nutrimentos, es necesario que la excreta líquida contenga mínimo 12% de sólidos totales ó 2500 mg L-1 de sólidos sedimentables. 361

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